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2002 年 8 月 17 日

什麼是相對論? (47) 宇宙射線來源的故事
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明: 19 世紀末、20 世紀初,科學家偵測到許多來自外太空的高能量的「奇異粒子」, 它們的半衰期 (Half Life) 非常短 ,也就是它們的生命存活時間極為短暫。所以當代的科學家們大多懷疑, 在地球的外圍有著一圈是這些奇異粒子的來源處, 因為他們相信在這些奇異粒子半衰期如此短的情況下,應該是來自距離我們地球表面不遠的地方, 所以地球外層被這群奇異粒子源包圍住似乎是合理的解釋。
        直到愛因斯坦狹義相對論提出後, 我們才瞭解若是來自外太空的奇異粒子, 它們相對於地球的速度若是極為高速, 則它們半衰期的表示應該考慮其相對性的效應。 也就是,愛因斯坦提及運動的時鐘變慢之相對性 「時間膨脹」概念, 可以得到 τ 和 τ0 的關係式為 τ = γ τ0 , 式中 β = v / c , γ2 = 1 / (1 - β2), τ0 可視為地面上所量測到的奇異粒子半衰期、 τ 為奇異粒子運行到地球上來之中的半衰期相當於地球所歷經的時間。 這就是「時間膨脹」關係式的很好的例證, 以致於科學家們改變了原有地球外存有「奇異粒子源圈層」的概念, 相信這些奇異粒子是來自於宇宙的各個地方, 只是它們在太空中運行的速度可略近於光速而已,所以改稱它們為「宇宙射線 (Cosmic ray)」。 至於宇宙射線是怎麼來的呢? 我們稍後再介紹! 上圖是來自宇宙各個地方的宇宙射線在地球大氣層內衰變的情形。

明日主題 : 什麼是相對論? 雙生子的故事
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作者與主編 : 陳輝樺 、 王夕堯
諮詢服務: 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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